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Meßgerät zur Bestimmung der Durchflußmenge in Druckleitungen. Die
Erfindung bezieht sich auf solche Meßgeräte zur Bestimmung der Durchflußmenge in
Druckleitungen, die mit einem Meßgliede, dessen Ausschlag dem vor und hinter der
Meßstelle bestehenden Druckunterschied verhältnisgleich ist, und einem mit diesem
Meßgliede in zwangläufiger Verbindung stehenden Anzeigegliede versehen sind, dessen
Ausschlag der Durchflußgeschwindigkeit verhältnisgleich ist. Den Gegenstand der
Erfindung bildet ein Meßgerät dieser Art, bei dem die zwischen dem Meßgliede und
dem Anzeigegliede bestehende zwangläufige VerbinCung vonbesonders einfacher Art
ist.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsb#ispiel der Erfindung an einem
Gasmesser veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i einen senkrechten Schnitt durch
den Gasmesser bei geöffheter Druckleitung und Abb. 2 einen Teil des gleichen Schnitts
wie Abb. i bei geschlossener Druckleitun#g1.
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A bezeichnet die Druckleitung, in der -die Durchflußmenge bestimmt
werden soll. In
die Druckleitung, die während des Betriebes von
dem Gase in Richtung des eingezeichnet' ZD ten Pfeils durchströnit wird, ist eine
Drosselscheibe al- eingebaut, die den für die Messung benutzten Druckunterschied
erzeugt. Vor und hinter der durch die Drosselscheibe festgelegten Meßstelle für
die Durchflußmenge des Gases zweigt je eine Leitung a# und a,' ab. Die Zweigleitungen
münden von unten in Rohrstutzen b' und b' eines mit Flüssigkeit angefüllten
GefäßesB. Die Flüssigkeit steht im Gefäß B nur so hoch, daß die Oberkanten der Rohrstutzen
b' und b2 über den Flüssigkeitsspiegel hervorragen. Oberhalb des Gefäßes
B ist ein zweiarmiger Waagebalken C angeordnet. An den Enden der gleich langen Arme
des Waagebalkens sind Zugstangen d'
und J angelenkt, die Tauchglocken
D und E
von gleichem Gewicht tragen. Die Glocken, die auch gleichen
lichten Querschnitt und gleiche Wandstärke haben, überdecken die Rohrstutzen bl
und b' und schließen, wenn sie in die Flüssigkeit eintauchen, die von ihnen
umschlossenen Räume d' und e' über dem Flüssigkeitsspiegel vollständig ab.
Der Waagebalken C ist mit einem nach unten zeigenden Hebelarin cl versehen,
an dem der Hauptlenker F eines Evans-Lenkers angelenkt ist. Der Punkt, in dem sich
die Achse des den Hauptlenker F mit dem Hebelarm cl verbindenden Gelenks projiziert,
ist in Abh. i mit i bezeichnet. An seinem nach Art einer Blattfeder ausgebildeten
freien Ende fl trägt der Hauptlenker F einen Schreibstift f' mit einer sich in einem
Punkte 2 projizierenden Spitze. In der Mitte des Hauptlenkers F greift an diesem
der zugehörige Gegenlenker G an, der um eine feststehende, sich in einem
Punkt 3 projizierende Achse schwingbar ist. Der Punkt, in dem sich die Achse
des den Gegentenker G
mit dem Hauptlenker F verbindenden Gelenks projiziert,
ist mit 4 bezeichnet und liegt
inderMittederStreckei,2. DieLänge3,4 des Gegenlenkers
G ist im Verhältnis zu der des Hauptlenkers. F nach dem Gesetz des Evans-Lenkers
so gewählt, daß sie gleich den Strecken 1, 4 oder 4,2 ist. Ferner sind die Verhältnisse
so gewählt, daß der Kreisbogen, auf dem sich der Punkt i bewegen kann, annähernd
mit einer durch den Punkt 3 gehenden wagerechten Geraden 3, 5 zusammenfällt.
Hinter dem Schreibstift f' ist eine um eine feststehende lotrechte Achse drehbare
Trommel H angeordnet, die durch ein auf der Zeichnung nicht dargestelltes Uhrwerk
in langsame Drehung versetzt werden kann und ein Papierblatt trägt, auf dein der
in bekannter Weise selbsttätig in kurzen Zeitabständen an das Papierblatt angedrückte
Schreib-Stift f2 eine Schaulinie verzeichnen kann. Das Gewicht der Teile
C, F und G ist so klein gehalten, daß es hinsichtlich
des Einflusses auf das Gleichgewicht des Waagebalkens C gegenüber den übrigen
auf den Waagebalken wirkenden Kräften vernachlässi-t wer-23 den kann.
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Ist die DruckleitungA abgesperrt und findet daher in dieser keine
Strömung statt, so herrscht vor und hinter der Drosselscheibeal der gleiche Druck,
desgleichen in den durch die Leitungen & und a' mit der DruckleitungA in Verbindung
stehenden Räumen d' und e' der Tauchglocken D und E.
Die durch den
Gasdruck auf die Glocken D
und E ausgeübten, aufwärts gerichteten Kräfte
wirken dann auf den Waagebalken C
bei jeder Höhenlage der Glocken mit gleicher
Stärke und sind daher ohne Einfluß auf die Gleichgewichtslage des Waagebalkens.
Das gleiche gilt von den unter sich gleich großen, abwärts wirkenden Gewichten der
Glocken D
und E. Von Einfluß auf die Gleichgewichtslage des Waagebalkens
ist nur der Auftrieb, den die in die Flüssigkeit des Gefäßes B eintauchenden Glocken
erfahren, und zwar be-
steht Gleichgewicht, wenn der Auftrieb beider Glocken
gleich groß ist. Da beide Glocken den gleichen ringförmigen Mantelquerschnitt haben,
müssen sie in diesem Falle, wie Abb. 2- zeigt, gleich tief in die in ,dem
Gefäß B enthaltene Flüssigkeit eintauchen. In Abb. i ist der Hebelarm &
in der Stellung, die er diesem Falle einnimmt, strichpunktiert dargestellt. Der
Punkt der Geraden 3, 5, mit dem der Punkt i in der angegebenen Stellung angenähert
zusammenfällt, ist mit i' bezeichnet.
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Ist in der Druckleitung A eine Strömung vorhanden, so herrscht
vor der Drosselscheibe al ein Druck p, der größer ist als der hinter der
Drosselscheibe herrschende Druck p, Der höhere Druck p,. herrscht auch in
dem Raunie d' der Glocke D und der niedere Druck p, in dem Raume e2
ckr Glocke E,
da diese Räume durch die Leitungen a' und a` mit der Druckleitung
A in Verbindung stehen. Infolgedessen steigt die Glocke D,
während
sich die Glocke E senkt, bis sich ein in Ab#b. i veranschaulichter Gleichgewichtszustand
einstellt. Der Waagebalken C erfährt hierbei, wie aus Abb. i . ersichtlich
ist, einen Ausschlag von der Größe i', i == x. Gleichzeitig wird der Punkt
2 infolge der bekannten Eigenschaft des Evans-Lenkers F, G auf einer
durch den Punkt 3 gehenden Geraden 3, 6 geführt, die auf der Geraden
3, 5
senkrecht steht. Bezeichnet man die Länge 1, 2 des Hauptlenkers F mit
r, so ist, da auch die Streckt l', 3 = r ist (Abb. 2),
in
dem rechtwinkligen Dreieck 1, 3,- --, die Kathete 1, 3 == r-
x. Bezeichnet ferner y
die Länge der anderen Kathete 3, 2, so besteht
die Gleichung Y, + (r oder
Der Bruch
ist sehr klein und kann daher gegenüber dem Minuendus i vernachlässigt werden. Man
kann daher mit großer Annäherung schreiben rx oder
Der Ausschlag-v ist, wie ohne weiteres klar ist, der Streckeh verhältnisgleich,
uni die sich die GlockenD und E gegeneinander in der Höhenrichtung verschoben
haben, und die Streckeh ist, wie im folgenden nachgewiesen werden soll, dem Druckunterschied
p, - p, verhältnisgleich.
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Es bezeichne Q das Gewicht der Glocken D
und
E, J ihren lichten Querschnitt, i ihren Mantelquerschnitt,
y das Einheitsgewichtz der Flüssigkeit, in die die Glocken eintauchen,
lt, die Eintauchtiefe der Glocke D und li, die Eintauchtiefe der Glocke
E.
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Auf die Glocke D wirkt dann in der Richtung nach oben der Gasdruck
mit - einer Kraft J - p, sowie der Auftrieb mit einer Kraft
y - i - h, und in der Richtung nach unten das Gewicht
Q. Im ganzen wirkt also auf der Seite der Glocke. D auf den Waagebalken
C in der Richtung nach unten die Kraft Q - (JP, + y
i h,). Entsprechend wirkt auf der anderen Seite auf den Waagebalken in der Richtung
nach unten die Kraft Q - (Jp2 + y i h#).
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Im Gleichgewichtszustande des Waagebalkens müssen beide Kräfte gleich
sein; es ergibt sich also Q - UP, + 7 ih) Q -
(ip# + 7 i h2), 1P1 + 7 i kl = JP2 + 7 'h2,
y i (h# - li,) = J (p. p!#) oder,
da h# - h, = h ist,
Die Strecke h und mithin auch der Ausschlag x des durch den Waagebalken gebildeten
Meßgliedes ist also dem Druckunterschied P, - P, und daher der Ouadratwurzel
aus dem -Druckunterschied
j, - p, verhältnisgleich. Da nach den Gesetzen der Mechanik flüssiger
Körper diese Quadratwurzel der Durchflußgeschwindigkeit in dem lichten Querschnitt.
der Drosselscheibe & verhältnisgleich ist, so ergibt sich, daß der Ausschlag
y des durch den Hauptlenker F mit dem Schreibstift f2 gebildeten Anzeigegliedes
der Dtirchflußgeschwindigkeit des Gases und mithin auch der in der Zeiteinheit durch
den lichten Querschnitt der Drosselscheibe a' strömenden Gasmenge verhältnisgleich
ist. Da infolge des Antriebs der Trommel H durch ein Uhrwerk die Ab-
szissen
der durch den Schreibstift f2 aufgezeichneten, die Ordinaten y aufweisenden
Schaulinie der Zeit verhältnisgleich sind, so bildet die z. B. durch Planimetrieren
leicht auszumessende Schaubildfläche ein Maß für die während der Betriebszeit durch
die Druckleitung A strömende Gasmenge.
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Gegenüber bekannten Meßgerät-en, die gleichfalls ein (dem Waagebalken
G entsprechendes) Meßglied mit einem dem Druck--unterschied verhältnisgleichen Ausschlag
und ein (dem Teil F f' entsprechendes) Anzeigeglied mit einem der
Durchflußgeschwindigkeit verhältnisgleichen Ausschlag besitzen, weist da,s beschriebene
Meßgerät den Vorteil auf, daß die Verwendung von Kurvenführungen zur Erzeugung der
gewünschten Bewegung des Anzeigegliedes vermieden ist, wodurch die Herstellung vereinfacht
und verbilligt wird.